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一、实习目的
1、熟悉通信相关方面的知识、学习并掌握 OFDM 技术的原理
2、熟悉 MATLAB 语言
3、设计并实现 OFDM 通信系统的建模与仿真
二、实习要求
仿真实现 OFDM 调制解调,在发射端,经串/并变换和 IFFT 变换,加上保护间隔(又称“循
环前缀”),形成数字信号,通过信道到达接收端,结束端实现反变换,进行误码分析
三、实习内容
1. 实习题目
《正交频分复用 OFDM 系统建模与仿真》
2. 原理介绍
OFDM 的基本原理就是把高速的数据流通过串并变换,分配到传输速率相对较低的若
干个子信道中进行传输。由于每个子信道中的符号周期会相对增加,因此可以减轻由无线
信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响。并且还可以在 OFDM 符号之
间插入保护间隔,令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展,这样就可以最大限度地消除
由于多径而带来的符号间干扰(ISI)。而且,一般都采用循环前缀作为保护间隔,从而可以
避免由多径带来的子载波间干扰((ICI) 。
3. 原理框图
4. 功能说明
4.1 确定参数
需要确定的参数为:子信道,子载波数,FFT 长度,每次使用的 OFDM 符号数,调制度水
平,符号速率,比特率,保护间隔长度,信噪比,插入导频数,基本的仿真可以不插入导
频,可以为 0。
4.2 产生数据
使 用 个 随 机 数 产 生 器 产 生 二 进 制 数 据 , 每 次 产 生 的 数 据 个 数 为 carrier_count *
symbols_per_carrier * bits_per_symbol。
4.3 编码交织
交织编码可以有效地抗突发干扰。
4.4 子载波调制
OFDM 采用 BPSK、QPSK、16QAM、64QAM4 种调制方式。按照星座图,将每个子信道
上的数据,映射到星座图点的复数表示,转换为同相 Ich 和正交分量 Qch。
其实这是一种查表的方法,以 16QAM 星 座 为 例 , bits_per_symbol=4 , 则 每 个
OFDM 符号的每个子信道上有 4 个二进制数{d1,d2,d3,d4},共有 16 种取值,对应星座图上 16
个点,每个点的实部记为 Qch。为了所有的映射点有相同高的平均功率,输出要进行归一
化,所以对应 BPSK,PQSK,16QAM,64QAM,分别乘以归一化系数系数 1,, , .输出的复数
序列即为映射后的调制结果。
4.5 串并转换。
将一路高速数据转换成多路低速数据
4.6 IFFT。
1
图 1-1 OFDM 原理框图
高
速
数
据
对上一步得到的相同分量和正交分量按照(Ich+Qch*i)进行 IFFT 运算。并将得到的复数
的实部作为新的 Ich,虚部作为新的 Qch。
在实际运用中, 信号的产生和解调都是采用数字信号处理的方法来实现的, 此时要对信号
进 行 抽 样 , 形 成 离 散 时 间 信 号 。 由 于 OFDM 信 号 的 带 宽 为 B=N·Δf , 信 号 必 须
以 Δt=1/B=1/(N·Δf)的时间间隔进行采样。 采样后的信号用 sn,i
表示, i = 0, 1, …, N-1,则有
从该式可以看出,它是一个严
格 的 离 散 反 傅 立 叶 变 换
(IDFT)的表达式。IDFT 可以采用快速反傅立叶变换(IFFT)来实现
4.7 加入保护间隔。
由 IFFT 运算后的每个符号的同相分量和正交分量分别转换为串行数据,并将符号尾部 G 长
度的数据加到头部,构成循环前缀。如果加入空的间隔,在多径传播的影响下,会造成载
波间干扰 ICI。保护见个的长度 G 应该大于多径时的扩张的最大值。
图 1-2
多 径 情
况 下 ,
空 闲 保
护 间 隔
在 子 载
波 间 造
成 的 干
扰
4.8 加窗
加窗是为了降低
系 统 的 PAPR ,
滚 降 系 数 为
1/32 。通 过这 种
方法,可以显著
地改善 OFDM 通信系统高的 PAPR 分布,大大降低了峰值信号出现的概率以及对功率放大
器的要求,节约成本。经常被采用的窗函数是升余弦窗
(1-2)
图
1-
9
经
过
加
2
图 1-3 保护间隔的插入过程
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